一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器的制作方法

本发明涉及农业工程测量技术领域，更具体地，涉及一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器。

背景技术：

青贮，是一种贮藏青饲料的方法，就是将青饲料或秸秆等作物处理后打包封装，使之在与空气隔绝的条件下，经乳酸菌发酵，产生有机酸，制成能长期保存的饲料。试验表明，紧实度、含水率都是影响青贮饲料品质的重要因素。

近年来，圆锥指数仪被应用于青贮饲料压实度测量领域。青贮饲料圆锥指数的定义为，圆锥深入青贮饲料的过程中单位圆锥底面积所承受的压力。青贮饲料圆锥指数能真正表示其的贯穿阻力，即青贮饲料紧实度。圆锥指数仪因其使用方法简单，测量准确，得到广泛的使用。基于介电特性测量含水率的方法可在不破坏青贮饲料内部的条件下，准确测量青贮饲料的含水率。

由于紧实度和含水率都是影响青贮饲料品质的重要因素，而且两参数之间互有影响，为准确地描述青贮饲料的品质特性，应同时获取青贮饲料紧实度和含水率。上述的方法只能实现单一参数的测量，青贮饲料紧实度和含水率的测量要独立完成的。这不仅使测量过程繁琐，而且前一个物理量的测量对青贮饲料的扰动会影响另一个物理量的测量准确度，不能全面、有效地反映青贮饲料的品质特性。

技术实现要素：

为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器。

本发明提供一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器，包括：探头、支撑杆以及信号调节单元；其中，所述探头包括空心金属杆、第一绝缘环、第二绝缘环、金属环、锥头以及感应元件；所述空心金属杆的第一端与所述锥头连接，所述空心金属杆的第二端与所述支撑杆连接；所述第一绝缘环套在所述空心金属杆上；所述金属环和所述第二绝缘环套在所述第一绝缘环上，并且所述第二绝缘环在所述锥头和所述金属环中间；所述信号调节单元，用于将所述感应元件输出的形变电信号、所述锥头和所述金属环输出的水分电极信号转换为标准电压并输出到外部测量电路，完成青贮饲料的紧实度和含水率的测量。

其中，所述空心金属杆包括具有第一外径的第一空心金属杆和具有第二外径的第二空心金属杆；其中，所述第一外径大于所述第二外径；所述感应元件布置在所述第二空心金属杆的外表面的中间位置。

其中，所述第一绝缘环包括具有第三外径的第三绝缘环和具有第四外径的第四绝缘环；其中，所述第三外径小于所述第四外径；所述金属环和所述第二绝缘环套在所述第三绝缘环上。

其中，所述支撑杆为空心圆杆；所述锥头与所述空心金属杆的第一端通过螺纹连接；所述支撑杆与所述空心金属杆的第二端通过螺纹连接。

其中，，所述锥头的材料为镍铬合金；所述锥头的锥角为30°，所述锥头的直径为12.83mm。

其中，所述感应元件为铂电阻应变片；所述铂电阻应变片粘贴在所述第二空心金属杆的外表面的中间位置，以形成电桥电路。

其中，所述的空心金属杆上设有第一、第二出线孔；其中，所述第一出线孔在所述第一空心金属杆上；所述第二出线孔在所述第二空心金属杆上。

其中，所述第三绝缘环上设有第三出线孔。

其中，还包括：导线；其中，所述导线将所述锥头、所述金属环以及所述感应元件与所述信号调节单元连接。

其中，所述信号调节单元包括：高频振荡器、检波电路以及运算放大器；其中，

所述高频振荡器，用于将所述水分电极信号转换为高频信号；

所述检波电路，用于对所述高频信号进行滤波以获取第一信号、对所述感应元件输出的电信号进行滤波以获取第二信号；

所述运算放大器，用于将所述第一信号和第二信号分别转换为第一、第二标准电压。

综上，本发明提供的用于测量青贮饲料参数的复合传感器，空心金属杆的第一端与锥头连接，空心金属杆的第二端与支撑杆连接；第一绝缘环套在空心金属杆上；金属环和第二绝缘环套在第一绝缘环上，并且第二绝缘环在锥头和金属环中间；信号调节单元将感应元件输出的形变电信号、锥头和金属环输出的水分电极信号转换为标准电压并输出到外部测量电路，完成青贮饲料的紧实度和含水率的测量。本发明提供的用于测量青贮饲料参数的复合传感器，实现了紧实度与含水率同步实时测量。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器的探头部分元件分解结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器的铂电阻应变片的位置剖面示意图；

图4为根据本发明实施例的一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器的铂电阻应变片的电路连接图；

图5为根据本发明实施例的一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器的信号调节单元工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的一个实施例中，参考图1和图2，一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器，包括：探头1、支撑杆2以及信号调节单元；其中，

所述探头1包括空心金属杆3、第一绝缘环4、第二绝缘环6、金属环5、锥头7以及感应元件9；

所述空心金属杆3的第一端与所述锥头7连接，所述空心金属杆3的第二端与所述支撑杆2连接；

所述第一绝缘环套4在所述空心金属杆3上；

所述金属环5和所述第二绝缘环6套在所述第一绝缘环4上，并且所述第二绝缘环6在所述锥头7和所述金属环5中间；

所述信号调节单元，用于将所述感应元件9输出的形变电信号、所述锥头7和所述金属环5输出的水分电极信号转换为标准电压并输出到外部测量电路。

其中，第一绝缘环4和第二绝缘环6是采用pvc材料制成。

具体地，第二绝缘环6在锥头7和金属环5中间，把锥头7和金属环5分别作为测量传感器的两个水分电极来测量含水率；感应元件9通过把空心金属杆3的第二端产生的形变转化为形变电信号来测量紧实度。

本实施例提供了一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器，空心金属杆的第一端与锥头连接，空心金属杆的第二端与支撑杆连接；第一绝缘环套在空心金属杆上；金属环和第二绝缘环套在第一绝缘环上，并且第二绝缘环在锥头和金属环中间；信号调节单元将感应元件输出的形变电信号、锥头和金属环输出的水分电极信号转换为标准电压并输出到外部测量电路，完成青贮饲料的紧实度和含水率的测量。本实施例提供的用于测量青贮饲料参数的复合传感器，实现了紧实度与含水率同步实时测量。

在本发明的另一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述空心金属杆3包括具有第一外径的第一空心金属杆和具有第二外径的第二空心金属杆；其中，

所述第一外径大于所述第二外径；

所述感应元件9布置在所述第二外径的空心金属杆的外表面的中间位置。

其中，所述第二空心金属杆作为受力弹性体。

其中，第一空心金属杆的第一端与锥头7连接，第一空心金属杆的第二端与第二空心金属杆的第一端连接；第二空心金属杆的第二端与支撑杆2连接。

其中，第一空心金属杆和第二空心金属杆一体成型组成空心金属杆3。

具体地，感应元件9布置在第二空心金属杆的外表面的中间位置，弹性体的形变导致电信号的改变，感应元件9将测量到的电信号传输到信号调节单元，通过信号调节单元输出到外部测量电路。

在本发明的另一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述第一绝缘环4包括具有第三外径的第三绝缘环和具有第四外径的第四绝缘环；其中，

所述第三外径小于所述第四外径；

所述金属环5和所述第二绝缘环套6在所述第三绝缘环上。

其中，第三绝缘环和第四绝缘环一体成型组成第一绝缘环4。

优选地，第四绝缘环与第二空心金属杆对应布置，两者重合布置；第三绝缘环与第一空心金属杆对应布置，两者重合布置。

在本发明的再一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述支撑杆2为空心圆杆；

所述锥头7与所述空心金属杆3的第一端通过螺纹连接；

所述支撑杆2与所述空心金属杆3的第二端通过螺纹连接。

具体地，支撑杆2为空心圆杆，与空心金属杆3可拆卸连接；空心金属杆3与锥头7可拆卸连接。

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述锥头的材料为镍铬合金；所述锥头的锥角为30°，所述锥头的直径为12.83mm。

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，参考图3和4，所述感应元件9为铂电阻应变片；

所述铂电阻应变片粘贴在所述第二空心金属杆的外表面上，形成电桥电路。

具体地，感应元件9选用铂电阻应变片，将四片铂电阻应变片均匀粘贴于第二空心金属杆四周，铂电阻应变片的位置分布，如图3所示。应变片之间用导线相连，形成电桥电路，如图4所示。电桥的4个臂分别由一片铂电阻应变片组成，当弹性体产生形变时，桥臂电阻也随之发生变化，电桥输出的电压uout计算公式为：

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述的空心金属杆3上设有第一、第二出线孔；其中，

所述第一出线孔10在所述第一空心金属杆上；

所述第二出线孔8在所述第二空心金属杆上。

具体地，第一出线孔10在第一空心金属杆上；第二出线孔8在第二空心金属杆上。

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，所述第三绝缘环上设有第三出线孔11。

具体地，第三绝缘环上设有第三出线孔11，并且当第一绝缘环4套在空心金属杆3的上面时，第三出线孔11与第一出线孔10位置重合。

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，还包括：导线12；其中，

所述导线12将所述锥头7、所述金属环5以及所述感应元件9与所述信号调节单元连接。

具体地，连接金属环5的导线12通过第三出线孔11与第一出线孔10进入空心金属杆3；连接感应元件9的导线12通过第二出线孔8进入空心金属杆3；导线12通过空心金属杆3进入支撑杆2内部，之后与信号调节单元连接。

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，参考图5，所述信号调节单元包括：高频振荡器、检波电路以及运算放大器；其中，

所述高频振荡器，用于将所述水分电极信号转换为高频信号；

所述检波电路，用于对所述高频信号进行滤波以获取第一信号、对所述感应元件输出的电信号进行滤波以获取第二信号；

所述运算放大器，用于将所述第一信号和第二信号分别转换为第一、第二标准电压。

具体地，信号调节单元13工作流程如图5所示，高频振荡器将水分电极信号转换为高频信号，检波电路对所述高频信号进行滤波以获取第一信号，运算放大器将第一信号转换为第一标准电压；检波电路对电桥输出的电压信号进行滤波以获取第二信号，运算放大器将所述第二信号转换为第二标准电压。

在本发明又一个实施例中，在上述实施例的基础上，测量过程中，复合传感器插入青贮饲料，锥头7受到饲料阻力，空心金属杆3中的弹性体发生形变，布置在弹性体上面的铂电阻应变片电阻会发生变化，该形变通过电阻应变片转化为电信号，电信号通过导线传送到信号调节单元，经过检波电路进行滤波和运算放大器转换为标准电压输出到外部测量电路。同时，当锥头7和金属环5这两个电极周围青贮饲料水分发生改变，两个电极间的特征阻抗也会随之变化，特征阻抗值通过导线传送到信号调节单元，经过高频振荡器转换为高频信号，再经检波电路，对高频信号进行滤波，最后经过运算放大器，转换为标准电压输出到外部测量电路。

本实施例提供了一种用于测量青贮饲料参数的复合传感器，铂电阻应变片布置在空心金属杆的第二端的外表面上；第一绝缘环套在空心金属杆上；金属环和第二绝缘环套在第一绝缘环上，并且第二绝缘环在锥头和金属环中间；信号调节单元将铂电阻应变片输出的电信号、锥头和金属环输出的水分电极信号转换为标准电压并输出到外部测量电路，从而实现了紧实度与含水率同步实时测量。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。